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Si(110)初期酸化時の化学結合状態及び基板曲率のリアルタイム計測

Real-time measurements of chemical bonding states and substrate curvature during initial oxidation of Si(110) surface

山本 喜久*; 鈴木 康*; 宮本 優*; Bantaculo, R.*; 末光 眞希*; 遠田 義晴*; 寺岡 有殿; 吉越 章隆 ; 朝岡 秀人  ; 山崎 竜也

Yamamoto, Yoshihisa*; Suzuki, Yasushi*; Miyamoto, Yu*; Bantaculo, R.*; Suemitsu, Maki*; Enta, Yoshiharu*; Teraoka, Yuden; Yoshigoe, Akitaka; Asaoka, Hidehito; Yamazaki, Tatsuya

Si(110)面の弾性は非等方的であるため、酸化応力により生じる基板の反りには異方性があると予想される。そこで本研究では、Si(110)表面初期酸化時の化学結合と基板曲率の時間発展を放射光光電子分光(SR-PES: Synchrotron Radiation Photoemission Spectroscopy)、及び、多ビーム光学センサ法(MOS: Multi-beam Optical Sensor)によるリアルタイム計測により評価した。SR-PESはSPring-8のBL23SUに設置された表面化学実験ステーションにて行った。酸素圧力1.5$$times$$10$$^{-6}$$Pa,基板温度873Kでの酸化では、酸素吸着量はLangmuir型で増大し、ランダム吸着により酸化が進行する。Si$$^{3+}$$とSi$$^{4+}$$の形成が酸化開始直後から急速に進む一方、Si$$^{2+}$$はあまり形成されない。これは(-110)方向に連なる面内Si-Si結合(A-bond)のすべてが酸化するよりも先に面間Si-Si結合(B-bond)の酸化が起こり、Si$$^{3+}$$が多数形成されることを示唆している。一方、基板曲率の変化からも、(-110)方向への強い圧縮応力を伴うA-bond酸化が不十分なままB-bondが酸化されることが示唆された。

Time evolution of chemical bonding states and substrate curvature were measured by SR-PES (Synchrotron Radiation Photoemission Spectroscopy) and MOS (Multi-beam Optical Sensor) methods during initial oxidation of Si(110) surface. The SR-PES measurements were performed at the surface chemistry experimental station in the BL23SU of SPring-8. Oxygen uptake was a Langmuir type so that oxygen adsorption took place randomly in the conditions of 1.5$$times$$10$$^{-6}$$ Pa and 873 K. In that case, Although Si$$^{3+}$$ and Si$$^{4+}$$ increased rapidly in the beginning of oxidation, Si$$^{2+}$$ was a minor component. This fact suggests that oxidation rate of inter-plane Si-Si bonds (B-bonds), which make a chain in the (-110) direction, is larger than that of in-plane Si-Si bonds (A-bonds) so that Si$$^{3+}$$ is observed strongly. The variation of substrate curvature also indicates that oxidation of B-bonds is faster than that of A-bonds, which makes a strong compression stress in the (-110) direction.

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